리튬 채굴, 독일 라인 상부지역 지열시설에서 추출

문광주 기자 / 기사승인 : 2020-07-02 19:06:42
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지속 가능하고 비용 효율적으로 개발하는 방법을 개발.
리튬은 물에서 추출되며, 이는 라인강 상부 지역에 있는 지열 시설을 이용해 지상으로 펌핑하는 시스템.

리튬 채굴 : 독일 내륙 강에서도 곧?
라인 상부지 심해에서 리튬을 추출할 수 있는 새로운 방법
 

숨겨진 원재료 :
충분한 양의 리튬이 라인강 상부의 지구(두 평평한 정단층이 만난 길고 낮은 지대)의 지하에서 용해되어 매년 수천 톤의 이 중요한 배터리 원재료를 추출한다. 연구원들이 이제 이 자원을 지속 가능하고 비용 효율적으로 개발하는 방법을 개발했다. 리튬은 물에서 추출되며, 이는 라인강 상부 지역에 있는 지열 시설을 이용해 지상으로 펌핑하는 시스템이다.

▲ "화이트 골드": 리튬은 일반 배터리에 없어서는 안될 요소이지만 대부분의 국가들은 이 원료를 거의

완전히 수입해야 했다. © KIT/ Amadeus Bramsiepe


휴대 전화, 노트북, 전기 자동차 또는 비행기의 전자 제품이든 리튬 이온 배터리는 오늘날의 기술에 필수적이다. 이에 따라 전지 원료 리튬의 전 세계 소비가 증가하고 있으며, 그 추세는 꾸준하다. 추정에 따르면 리튬 수요는 2035년까지 연간 생산량의 4배가 될 수 있다.

현재 전 세계 리튬 생산량의 약 80%가 칠레, 아르헨티나 및 호주에서 생산된다.
남아메리카에서는 광범위한 소금 호수가 탐낼 원료를 제공하고 호주에서는 리튬이 암석에서 추출된다. 반면에 다른 선진 국가들은 필요한 리튬의 상당 부분을 수입해야 한다.

라인 상부지역에서 리튬 저수지

이제 상황이 변할 수 있다.
독일에는 리튬 침전물이 지표면 아래에 숨겨져 있다.
‘화이트 골드’라 불리는 리튬은 상부 라인 협곡 아래의 깊은 암석층에서 순환하는 염분있는 열수에 용해된다. 칼스루에 공대(KIT; Karlsruhe Institute of Technology)의 지질 학자 엔스 그림머(Jens Grimmer)는 “우리가 아는 한, 리터당 최대 200밀리그램이 될 수 있다”고 말했다.

전반적으로, 그는 상부 라인지역의 독일과 프랑스 측에서 매년 수천 톤의 리튬이 추출될 수 있다고 추정한다. 연구원은 “이러한 잠재력을 일관되게 사용한다면 우리는 독일에서 우리의 요구의 상당 부분을 다룰 수 있다”고 말한다.
그러나 지금까지 이 자원을 저렴하고 환경친화적이며 지속 가능하게 개발할 수 있는 방법이 부족했다.

지열 시설에서 추출

Grimmer와 그의 동료 플로렌치아 자라비아(Florencia Saravia)는 최근 이러한 프로세스를 개발했으며 이미 특허를 신청했다. 이 과정의 핵심은 지열 시설을 사용하는 것인데, 이미 상부 ​​라인강 지구 표면에 많은 양의 깊은 물이 유입된다.
매년 최대 20억 리터의 열수가 파이프를 통해 전기와 열을 발생시킨다.
연구원들은 이 인프라를 사용하여 이 물에서 리튬을 추출하려고 한다.

Grimmer는 “제1단계에서 열수에서 리튬 이온을 걸러 내고 제2단계에서 리튬이 염으로 석출 될 때까지 농축한다”고 설명했다. 이러한 방식으로, 지열 플랜트의 열수 사이클에서 리튬이 연속적으로 추출될 수 있고 몇 시간 내에 리튬염으로서 이용가능하다.
연구자들이 보고한 바와 같이 루비듐 또는 세슘과 같은 다른 희귀하고 귀중한 원소도 이 공정을 사용해 열수에서 추출할 수 있다.

기존 추출 방법보다 지속 가능하고 친환경적

또 다른 장점은 사용 후 열수가 지표면으로 되돌아 가기 때문에 유해한 물질이 방출되지 않으며 지열 전기 및 열 생산이 방해받지 않는다.
Grimmer와 Saravia에 따르면 기존의 채굴 방식과 달리 과부하가 거의 없으며 공간 소비가 최소화된다. 지열 발전소의 기술 에너지 가능성이 사용되기 때문에 CO2 균형도 기존 방법보다 우수하다.

“우리는 생활 수준을 유지하고 향상시키기 위해 많은 환경 문제를 제3국으로 떠넘긴다. 이 과정을 통해 우리는 우리의 책임에 부응하고 환경친화적인 방식으로 현대 기술의 중요한 원자재를 우리 자신의 문 앞에서 얻을 수 있다. 또한, 지역 가치 사슬을 구축하고 일자리를 창출하며 동시에 지정 학적 의존성을 줄일 수 있다.”

▲ 칠레의 살 라르 데 아타카마(Sala de Atacama) 소금 호수는 전세계 리튬 매장량의 27 %를 차지한다.

그러나 심각한 환경 문제가 발생한다.  


다음 단계는 파일럿 플랜트

두 과학자는 이미 업계 파트너와 함께 리튬 생산을 위한 최초의 테스트 시설을 개발하고 있다. 그것은 상부 라인 지구(graben, 地溝)에 있는 지열 시설에 설치되어야 하고 처음에 수 킬로그램의 탄산리튬 또는 수산화리튬을 회수할 것이다. 이러한 시도가 성공하면 큰 공장 건설이 계획된다. 이러한 식물은 지열 시설에서 연간 수백 톤의 수산화 리튬을 생산할 수 있다.

출처 : Karlsruhe Institute of Technology

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